Сотрудники химического факультета и Института функциональной геномики МГУ, а также Сколтеха вместе с коллегами из Стокгольмского университета (Швеция) установили механизм сборки молекулярных машин, создающих белки клеточных «батареек» — митохондрий. Мыши с нарушением этого механизма оказались слабыми и совсем не поддавались обучению. Статья ученых опубликована в Nature.
В клетках человека есть маленькие энергетические фабрики — митохондрии. Когда-то они образовались из бактерий, которых давным-давно поглотили эукариоты. При этом в нашем организме сохранились два независимых аппарата экспрессии генов. Экспрессия — это процесс, в котором наследственная информация из ДНК преобразуется в РНК и затем в белок.
«Один из процессов работает в ядре и цитоплазме и достался нам в наследство от архей, хоть и в сильно видоизмененном виде, — рассказывает один из соавторов работы, профессор кафедры химии природных соединений химического факультета и директор Института функциональной геномики МГУ, член-корреспондент РАН Петр Сергиев. — Другой, независимый, реализуется в митохондриях, и он достался нам от бактерий. Соответственно, у нас в организме есть два вида рибосом — и два аппарата синтеза белка. Рибосомы собираются на основе рибосомной РНК путем присоединения к ней различных молекул».
Как происходит сборка рибосомы в ядре и цитоплазме, ученые знают довольно хорошо.
«Мы же исследуем то, что происходит в митохондриях, потому что это пока изучено плохо, — продолжает профессор Сергиев. — И вот два года назад мы открыли два фермента, которые модифицируют рибосомную РНК и участвуют в сборке митохондриальных рибосом. С помощью анализа промежуточных стадий процесса мы определили, на каком этапе эти ферменты — метилтрансферазы — работают, как они помогают сборке и что в сборке идет не так».
Затем химики МГУ начали сотрудничество с группой Алексея Амунтса из Стокгольмского университета, которая специализируется на структурных исследованиях митохондриальных рибосом.
«В ходе этого сотрудничества наш сотрудник Иван Лаптев привез в Стокгольм генетически измененные линии клеток, в которых были инактивированы ключевые, по нашему мнению, метилтрансферазы, — рассказывает Петр Сергиев. — Стокгольмские коллеги выделили митохондрии, в которых содержались недостроенные рибосомы, и определили их структуру, визуализировав процесс сборки».
Структурный анализ полностью подтвердил результат ученых из МГУ, полученный на основе функциональных данных. У расшифрованного механизма оказалось серьезное прикладное применение. Ученые химического факультета и Института функциональной геномики МГУ с коллегами из Сколтеха вырастили мышей с инактивированными ферментами и посмотрели, «что с ними не так».
«Оказалось, эти мыши слабые, невыносливые и необучаемые, — рассказал Петр Сергиев. — Мы пытались их обучать разными способами. Например, один из стандартных экспериментов заключается в том, что животное сажают в освещенный ящик, из которого есть несколько выходов. Все, кроме одного, заканчиваются тупиком, один же ведет в ее домашнюю клетку, где ей уютно и комфортно. Нормальная мышь, найдя правильный выход, запоминает его и в следующий раз сразу бежит к нему. Но мышь с инактивированными ферментами запомнить правильный путь не может и раз за разом ищет его заново». Статья об этой работе вышла в IJMS.
Поскольку митохондрии выполняют роль «батареек» клеток, нарушение их работы из-за неактивности ферментов привело к тому, что они оказались «разряжены». От этого особенно страдают наиболее энергозатратные процессы — сокращение мышц (в результате животные оказались слабее своих здоровых сородичей) и все те мозговые функции, которые обусловливают интеллектуальные способности, хотя внешне мыши выглядят вполне нормально.
Как отметил ученый, детали механизма еще требуют серьезного изучения, поэтому впереди много фундаментальных исследований.
Фото из личного архива Петра Сергиева
Информация и фото предоставлены пресс-службой МГУ
